VANNES 3 VOIES v2 - le guide de l`installateur thermiques

DOSSIER
VANNES 3 VOIES
REGULATION CIRCUIT DE CHAUFFAGE
PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
TECHNOLOGIES
PRINCIPE DE REGULATION
MONTAGE EN MELANGE
MONTAGE EN REPARTITION
MONTAGE EN DECHARGE
MONTAGE EN INJECTION
DIMENSIONNEMENT
EXEMPLES DE MONTAGES
!
!
!
!
!
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Lors de la réalisation d’une installation de chauffage, l’eau chauffée par le générateur est utilisée par
plusieurs circuits tel que des radiateurs , un plancher chauffant, une production d’ECS ou encore des
aérothermes. Tous ces réseaux fonctionnes à des températures différentes.
PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
Le principe de fonctionnement de la vanne trois voies est de mélanger à l’eau du départ du générateur (1),
une certaine quantité d’eau du retour (3) du circuit de chauffage.
Cette eau de départ (2) sera refroidie pour les circuits fonctionnant à des températures plus basses, elle le
sera d’autant plus que l’on mélangera une plus grande quantité d’eau de retour avec l’eau de départ.
La vanne trois voies est donc utilisée dans la régulation du chauffage central pour régler soit la
température de l’eau mais aussi, en fonction de la position de la vanne dans le circuit, la régulation du débit.
DEPART
GENERATEUR
(1)
GENERATEUR
DE CHALEUR
(1)
DEPART CIRCUIT DE
CHAUFFAGE
(2)
Vannes 3 voies
CIRCUIT DE
CHAUFFAGE
RETOUR
CIRCUIT DE CHAUFFAGE
(3)
Le schéma ci-dessus n’est pas complet pour des raisons de lisibilité
Symbole vanne 3 voies
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TECHNOLOGIES DE LA VANNE TROIS VOIES
Vanne à boisseau sphérique
Vanne trois voies motorisée
Vanne à pointeau
Vanne à secteur
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PRINCIPE DE REGULATION DE LA TEMPERATURE
Pour mieux comprendre le principe de la régulation de la vannes 3 voies, on dit aussi en mélange,
voici des exemples de positionnements du secteur interne de la vannes, ayant une incidence sur la
température de départ pour le circuit de chauffage. Les températures sont pour exemples.
Vers émetteur
Vanne OUVERTE
La température de départ du
générateur (1) est égale à la
température de départ du circuit
de chauffage (2).
80°C
1
2
80°C
2
60°C
2
50°C
3
Vanne en REGULATION
(1) Départ Générateur : 2/4
(3) Retour circuit de chauffage : 2/4
(2) Départ circuit de chauffage: Régulé
80°C
1
3
50°C
Vanne en REGULATION
(1) Départ Générateur : 1/4
(3) Retour circuit de chauffage : 3/4
(2) Départ circuit de chauffage: Régulé
80°C
1
3
40°C
Vanne FERMEE
La température de départ du
circuit de chauffage (2) est égale à la
température de retour du circuit
de chauffage (3).
Dans ce cas, la température du fluide caloporteur
ne fait que descendre.
2
1
3
4
MONTAGE EN MELANGE
Pour assurer le mélange, l’eau de retour est donc mélangée à l’eau du départ par une tuyauterie
(Bipasse) mais ce mélange doit pouvoir être dosé en fonction des besoins.
Le montage en mélange est le montage classique d’un circuit radiateur ou plancher chauffant.
Le circuit est toujours alimenté à débit constant mais la température de l’eau est variable.
Entrée
Sortie
Débit constant
Débit variable
Entrée
CIRCUIT PRIMAIRE
-> Débit variable
CIRCUIT SECONDAIRE
-> Débit constant
-> Température variable
Q1
GENERATEUR
DE CHALEUR
(1)
Q
EMETTEURS
Q2
Le schéma ci-dessus n’est pas complet pour des raisons de lisibilité
Ce montage est dit en MELANGE ou à DEBIT CONSTANT
La puissance thermique est réglée en jouant sur la température,
le débit restant constant Q = Q1 +Q2
EN MELANGE LE CIRCULATEUR EST TOUJOURS ENTRE
LA VANNE 3 VOIES ET LES EMETTEURS
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MONTAGE EN REPARTITION
La vanne trois voies travaille en répartition (variation du débit), elle permet de faire varier les débits
arrivant au point de mélange , par conséquent, la température de départ vers le circuit secondaire
peut donc varier. Le circulateur se situe du côté utilisation (circuit secondaire).
Entrée
Sortie
Débit constant
Sortie
Débit variable
CIRCUIT PRIMAIRE
-> Débit variable
CIRCUIT SECONDAIRE
-> Débit constant
-> Température variable
Point de mélange
(Variation du débit donc
variation de la température)
débit de départ
du générateur
débit de départ
des émetteurs
GENERATEUR
DE CHALEUR
(1)
EMETTEURS
débit de retour
des émetteurs
Le schéma ci-dessus n’est pas complet pour des raisons de lisibilité
<
>
de départ
Si Au point de mélange --> ledudébitgénérateur
le débit de retour
des émetteurs
Température au
Alors lapoint
de mélange
de départ
Si Au point de mélange --> ledudébitgénérateur
le débit de retour
des émetteurs
Température au
Alors lapoint
de mélange
le débit de départ
du générateur
+
le débit de retour
des émetteurs
=
le débit de départ des émetteurs
CONSTANT
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MONTAGE EN DECHARGE
La vanne trois voies travaille en répartition (variation du débit), elle permet de faire varier le débit
passant dans le circuit secondaire.
Ce type de montage est utilisé pour les circuits aérotherme ou échangeurs de ballon d’eau chaude.
Le circulateur se situe cette fois sur le circuit primaire. La température est donc régulée en jouant sur le
débit.
Entrée
Sortie
Débit constant
Débit variable
Sortie
CIRCUIT PRIMAIRE
-> Débit Constant
CIRCUIT SECONDAIRE
-> Débit variable
-> Température constante
Q
GENERATEUR
DE CHALEUR
(1)
Q1
Q2
EMETTEURS
Le schéma ci-dessus n’est pas complet pour des raisons de lisibilité
Ce montage est dit en «décharge» ou à «débit variable» pour le circuit secondaire.
Dans cette application la vanne 3 voies est quelque fois positionnée sur le retour.
Débit variable --> Q1 = Q - Q2
EN DECHARGE LE CIRCULATEUR EST TOUJOURS ENTRE
LE GENERATEUR DE CHALEUR ET LA VANNE 3 VOIES
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MONTAGE EN INJECTION
La vanne trois voies travaille en répartition, elle permet de maintenir les débits constants sur les
circuit primaire et secondaire. En s’ouvrant elle modifie la température du circuit secondaire (vers les
émetteurs) en injectant de l’eau chaude dans le circuit en extrayant la même quantité d’eau de retour.
Entrée
Sortie
Débit constant
Débit variable
Sortie
CIRCUIT PRIMAIRE
-> Débit constant
GENERATEUR
DE CHALEUR
(1)
Injection
(Injection d’eau chaude
dans le circuit secondaire)
CIRCUIT SECONDAIRE
-> Débit constant
-> Température variable
EMETTEURS
Le schéma ci-dessus n’est pas complet pour des raisons de lisibilité
EN INJECTION IL Y A DEUX CIRCULATEURS
POSITIONNES DE CHAQUE CÔTES DE LA VANNE 3 VOIES
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DIMENSIONNEMENT D’UNE VANNE TROIS VOIES
L’AUTORITE
Le rôle d’une vanne trois voies est de modifier un débit. Il faut quelle soit suffisamment «résistante» d’un
point de vue hydraulique.
L’un des paramètres qui permet de définir son aptitude à régler est l’autorité (a).
Une vanne aura une bonne autorité si elle peut modifier le débit sur toute sa levée.
L’autorité d’une vanne de régulation ( a ) aussi appelée « perte de charge relative » est définie ainsi :
a=
∆Pv
∆Pv + ∆Pr
a : autorité de la vanne trois voies
ΔPv : perte de charge de la vanne trois voies 100% passante (Vanne OUVERTE Totalement) --> unité mCE
ΔPr : perte de charge du réseau où le débit varie en fonction de l’ouverture de la vanne --> unité mCE
(c’est le réseau sur lequel il n’y a pas de circulateur)
En hydraulique la perte de charge correspond à l'énergie dissipée par le frottement du liquide. Cette énergie
doit être compensée afin de permettre au liquide de se déplacer.
On l'exprime couramment sous la forme d'une pression(on l'appelle aussi ∆ P), bien qu'elle soit en fait
représentative d'une dissipation d'énergie et qu'elle apparaisse dans l'équation de Bernoulli comme une
hauteur de colonne d'eau.
L’autorité se calcule en considérant les vannes deux ou trois voies grandes ouvertes.
L’autorité devra toujours être comprise entre 0,3 et 0,7 pour que la vanne fonctionne bien (fasse bien varier
le débit sur toute sa levée).
La plupart du temps on se fixe une autorité de 0,5, ce qui signifie que la vanne grande ouverte présentera la
même perte de charge que le réseau dont elle fait varier le débit.
Pour le calcul des pertes de charge en vue de déterminer le circulateur, il faudra donc d'abord calculer les
pertes de charge des tronçons de réseau où le débit varie avant de déterminer la vanne de régulation afin
d’en connaître la perte de charge qui viendra s’ajouter à celles de la boucle.
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En montage « mélange » ou « répartition », le débit varie dans la chaudière
∆Pr
Chaudière
∆Pv
EMETTEURS
Débit Variable
En montage « décharge », le débit varie dans le circuit émetteurs
∆Pv
Chaudière
∆Pr
Débit Variable
EMETTEURS
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LE COEFFICIENT DE VANNE (Kv)
Le coefficient de vanne Kv (appelé Kvs dans le cas d’une ouverture totale de la vanne), représente le débit d’eau en
m3/h traversant une vanne totalement ouverte soumise à une pression différentielle de 1bar.
Une relation existe entre la chute de pression ∆P en bar et le débit Qv en m3/h
Qv = Kv x
√∆
P
Qv = débit d’eau en en m3/h
Kv = coefficient de vanne
∆P = différence de pression en bar
Exemple de sélection d’une vanne 3 voies
Données :
Débit = 20 m3/h
Perte de charge = 5mCE (mètre de colonne d’eau)
Solution :
Utilisation de la formule --> Qv = Kv . √∆P
Kv =
Qv
√∆P
Kv =
20 m3/h
0,5 bar
(5mCE = 0,5 bar)
Kv = 28
Lecture de l’abaque : Vanne 31.50 à 3 voies
(Kvs = 31 > 28 )
20 m3/h et 5mCE --> 31.50 à V3V
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EXEMPLES D’INSTALLATIONS D’UNE VANNE TROIS VOIES
Production d’eau
chaude sanitaire
Circuit de Chauffage
par radiateur
Circuit plancher
chauffant
E.C.S
E.F
GS
Chaudière
Collecteur
de départ
Collecteur de retour
Montage en
décharge
Montage
mélange
Montage
mélange
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